固化滨海盐渍土路用性能的室内试验与现场测试

渤海湾西海岸带地区的路堤多为填方型式,且以滨海盐渍土为主要填料.以滨海盐渍土填筑路堤,须解决土的盐胀、溶陷和吸湿软化带来的强度下降和稳定性降低问题,以进行土的改性或固化处理.为降低工程费用,固化材料应以常规的无机材料为主,辅助少量的高分子材料.为研究滨海盐渍土填筑路堤的力学性能,完成了石灰固化土和石灰+SH固土剂固化土...     

SH固土剂对滨海盐渍土的固化作用评价

为评价SH固土剂的固化作用及对盐渍土的固化效果,分别完成了固化前后蒙脱石、高岭石、石英砂、盐渍土的X射线衍射与红外光谱测试、4种固化土的实体显微镜和偏光显微镜观察、固化前后盐渍土的扫描电镜微观观察,以及固化盐渍土的力学性能测试与冻融实验。实验结果表明:4种固化土的X射线衍射谱图和红外光谱图与固化前的吻合;各固化土的矿物成分没有发生改变,SH固土剂的官能团与黏土矿物均未发生化学键的结合,没有生成新相物质;SH固土剂干燥后形成弹性立体丝网,将土颗粒黏结在一起,提高了固化土的强度;固土剂填塞部分孔隙,减小了土的孔隙度;SH固土剂包裹土颗粒,增强了土的憎水性。固化盐渍土的力学性能测试和冻融实验结果证实,掺加SH固土剂提高了土的强度与抗变形性能、水稳性、抗渗性和抗冻融性能。SH固土剂与黏土矿物及盐渍土未发生化学反应,固化土力学性能的提高为固土剂的物理作用所致。     

高分子材料固化滨海盐渍土的强度与微结构研究

高分子材料SH固土剂与生石灰粉共同固化滨海盐渍土具有很高的抗压强度、抗拉强度和水稳性。由于SH固土剂对土颗粒的包裹作用及在土颗粒间和孔隙内形成的丝网状联接结构,使得固化土的强度和水稳性较单一石灰固化土提高很多,正弦波压缩疲劳作用降低了固化土的抗压强度。在一定的荷载值及幅值条件下,随疲劳次数的增加,抗压强度下降。30×103疲劳次数是强度下降的另一个起始点。固化土的微结构形貌照片显示,SH固土剂在两周固化龄期时形成了稳固的丝网状联接结构,四周龄期时结构已相当稳定。浸水后丝网状联接结构依然存在,表明SH固土剂的固化反应具有不可逆性。     

多因素影响下石灰固化盐渍土抗剪性能的试验研究

北方地区季节性的冻融作用影响固化土的强度及变形特性。以冻融次数、含盐量、改性聚乙烯醇掺量（SH固土剂）、石灰掺量、养护龄期及干密度为影响因素,经正交试验设计及三轴UU压缩试验,获取固化盐渍土冻融后的抗剪强度及应力-应变性能。试验表明:试样冻融后的抗剪强度与改性聚乙烯醇掺量、石灰掺量、养护龄期和干密度呈正相关,与含盐量呈负相关;干密度和含盐量为影响固化盐渍土的黏聚力和内摩擦角的主要影响因素,冻融后土的抗剪强度逐渐降低,但抗变形能力逐渐增强,试样呈“鼓”型或弱脆性破坏;抗冻融效果最好的条件为:0.9%改性聚乙烯醇掺量与14%石灰掺量、干密度1.70 g/cm3、养护28 d、含盐量1%和冻融循环3次。     

固化滨海盐渍土耐久性试验研究

在滨海地区自然环境中,由于滨海盐渍土特殊的工程性质,固化盐渍土作为路基填料的耐久性直接关系到路基的稳定性。通过室内饱水时间模拟试验、干湿循环模拟试验和抗冻性试验,对4种固化盐渍土的水稳性和抗冻性进行了初步研究。试验结果表明,滨海盐渍土经石灰、水泥、SH综合固化处理后,表现出良好的水稳性和抗冻性,可以满足滨海地区公路工程建设的要求。     

以抗压强度确定麦秸秆加筋盐渍土的加筋条件

滨海盐渍土具有盐胀、溶陷和吸湿软化等不良工程地质问题,未经固化处理不能满足工程建设的强度和变形要求。借鉴合成纤维加筋土和草根土的研究成果,初步确定包括加筋长度、质量加筋率、加筋形状和石灰掺加量等因素的麦秸秆加筋盐渍土的加筋条件。通过抗压强度试验和Taguchi正交试验设计优化方法,确定最优加筋条件为：加筋长度为10 mm、加筋率为0.25 %、形状为1/4圆弧状和石灰掺加量为8 %。以麦秸秆作加筋与石灰共同加筋固化滨海盐渍土,其抗压强度试验结果表明,石灰+麦秸秆加筋盐渍土的抗压强度、抗变形能力和水稳性均优于石灰土和盐渍土。初步的研究成果对今后系统研究麦秸秆加筋滨海盐渍土的抗压强度、抗剪强度和变形特性等具有指导意义。     

基于温度效应下二灰固化石油污染滨海盐渍土力学特性优化固化需求

温度是影响石油污染土性能的重要因素。依托滨海地区特有气候环境特点,借助抗压强度指标及应力-应变分布,从抗温敏性角度,优化石油污染滨海盐渍土对二灰的固化需求。研究结果表明:(1)在-20～40℃温度变化范围内,石油污染土抗压强度波动幅度高达1倍,采用二灰进行固化处理后,抗压强度波动缩小至10%～20%。二灰固化作用可将热敏性物质(石油、水、盐)吸附、包裹于胶体内外,增强对环境温度变化的抵抗性。(2)石油污染土及固化石油污染土的无侧限抗压强度均随温度变化呈先减小后增大趋势,10℃为强度转折点,也即最低点,实际工程中应加以重视。(3)温度作用下,固化石油污染土呈应变软化型破坏,且随温度及污染水平的增大,塑性变形阶段延长,轴向应变增大,出现四周型层状破坏。(4)土体自身的污染程度影响固化效果,高污染条件下抗压强度波动幅度约为40%,实际工程中应依据土体自身的污染程度调整固化配比。低污染土的固化配比选取只需略高于未污染土,过高固化配比并不利于增强稳定性,同比率石灰掺量的改变较粉煤灰的更有助于增强稳定性。污染水平≤6%的石油污染盐渍土,可选固化配比为石灰10%+粉煤灰20%。     

多元逐步回归分析应用于固化土强度与微结构参数相关性评价

用石灰固化不同含盐量的滨海盐渍土,固化后土微结构参数发生了变化,力学强度大幅度提高。多元逐步回归分析计算结果表明二者之间存在着良好的相关关系,颗粒粒度分维、颗粒定向分维、等效直径、扁圆度和面积比是对固化土力学强度影响较为显著的5个微结构参数。借助土微结构参数与强度间的相关性计算分析,从另外一个角度验证石灰对滨海盐渍土的固土作用。     

荆门非饱和膨胀土的变形与强度特性试验研究

通过压力板试验,对比分析了荆门原状膨胀土与石灰改良土持水特征的差异性;应用非饱和土三轴仪,开展了原状膨胀土、石灰改良膨胀土与重塑膨胀土的变形及强度特性试验。结果表明：①石灰改良膨胀土与原状膨胀土相比,其进气值有显著降低,残余含水率显著升高,土-水特征曲线两个特征点的斜率较为平缓,说明其水稳定性较好,土体性状更为稳定;②原状膨胀土和石灰改良膨胀土在非饱和与饱和状态的应力-应变关系曲线均呈应变软化型,随净围压的增大,应变软化的程度趋缓;随含水率的减小,峰值应力增大,应力峰值点有所提前,应变软化现象更加显著。饱和重塑膨胀土的应力-应变关系呈应变强化型,非饱和重塑膨胀土则呈现为应变软化型,但其应变软化的程度较前两类土大为趋缓;③经石灰改性后,膨胀土强度参数值有大幅度提高,即使在湿化饱和后,石灰改良膨胀土仍保持了相对稳定的力学性质和较高的抗剪强度参数值。相比之下,无论是重塑膨胀土,还是原状膨胀土,对湿化作用均十分敏感,其强度参数值或波动较大,或整体水平较低。     

水玻璃固化硫酸盐渍土强度特性及固化机制研究

盐渍土化学固化法是解决盐渍土盐胀、溶陷和腐蚀等不良工程问题的有效方法之一。通过无侧限抗压强度试验、X射线衍射试验、化学成分分析和扫描电镜试验研究了石灰粉、煤灰、水玻璃联合固化硫酸盐渍土的强度特征,分析探讨了其固化机制。试验结果表明：石灰含量小于8%时,石灰、粉煤灰、水玻璃联合固化硫酸盐渍土的抗压和抗剪强度较石灰粉煤灰固化土有大幅度提升,固化土强度随水玻璃浓度几乎呈线性增长。水玻璃固化硫酸盐渍土强度增加的机制在于：水玻璃的碱激发粉煤灰作用和水玻璃与盐渍土中化学成分的吸附作用所生成各类凝胶的填充和包裹,使得骨架颗粒的接触面积增大,颗粒之间的孔隙逐步减小,骨架颗粒由点接触变为面接触,固化盐渍土通过凝胶而黏结成为一个紧密的空间网状整体结构,土体强度得以提高。同时,复杂的物理化学作用大幅度降低了固化盐渍土中 含量,有效地抑制了硫酸盐渍土的盐胀特性。     

粉土及其稳定土的三轴试验研究

以粉土和4 %石灰、2 %水泥+2 %石灰、4 %SEU-2型固化剂、8 %SEU-2型固化剂处理的粉土为研究对象,通过不固结不排水三轴剪切试验(UU)和固结不排水三轴剪切试验(CU)对变掺量、变龄期条件下粉土及稳定土的强度和变形特性进行了研究。试验结果表明：粉土及其稳定土的应力-应变曲线主要为软化型。SEU-2型固化剂在改善粉土的凝聚力方面起了很好的作用,综合考虑了不同稳定方法的强度指标,表明掺SEU-2型固化剂是稳定粉土的最有效的方法。     

固化盐渍土核磁共振微观特征

采用核磁共振技术,对不同配比的水玻璃、石灰+粉煤灰及石灰+粉煤灰+水玻璃的固化盐渍土的微观特征进行检测,结合无侧限抗压强度试验,分析了各固化方案的盐渍土固化效果,讨论了强度成因的微观特征机制。结果表明,不同固化土的孔隙特征有较大差异。石灰+粉煤灰固化盐渍土大孔隙减少;石灰+粉煤灰+水玻璃固化盐渍土孔隙总体积减少,但同时有大孔隙生成;水玻璃固化盐渍土孔隙总体增多,但随水玻璃浓度增大,孔隙体积有所减小。石灰+粉煤灰+水玻璃固化盐渍土抗压强度远大于其他固化方案,但是其孔隙结构并不是最优,说明颗粒间的胶结情况对固化效果的影响远大于孔隙特征。     

冻融循环对固化铅污染土强度与孔隙特征影响的试验研究

水泥基固化剂封闭是近年来重金属污染修复治理的主要技术手段之一。冻融循环作用是影响水泥固化重金属污染土力学特性的重要外营力。本文以人工制备的铅污染土为研究对象,结合冻融实验和室内土工试验,研究冻融循环作用对铅污染土无侧限抗压强度的影响。结果表明:随着水泥掺量的增大,水泥固化铅污染土的无侧限抗压强度增大,破坏应变减小;随着铅离子掺量的增大（污染程度升高）,水泥固化铅污染土的无侧限抗压强度q_u降低,应力-应变曲线变化趋势更加相似;水泥固化铅污染土的无侧限抗压强度q_u随冻融频次的增大而降低;相同冻融频次条件下,随着水泥掺量的增加,水泥固化铅污染土的无侧限抗压强度q_u损失率降低。基于SEM图像对固化铅污染土进行微观结构定量分析,表明随着冻融次数的增加,试样中细颗粒（< 1 μm）和细孔隙（< 2 μm）所占比例均提高。冻融作用对土体结构的破坏可能是导致土样无侧限抗压强度q_u降低的主要原因。     

固化铅污染土的干湿循环耐久性试验研究

在商用高岭土、膨润土与商业黄砂混合物中加入硝酸铅溶液,添加水泥和石灰两种固化剂,采用室内压实制样方法获得固化的铅污染土试样。进行干、湿循环试验,测试固化体的质量损失和无侧限抗压强度等参数随干、湿循环次数的变化规律,评价固化铅污染土的干、湿耐久性。测试结果表明,本试验8种配比的试样都满足干、湿循环的要求;黏土矿物为膨润土的试样干、湿循环耐久性比黏土矿物为高岭土的试样要差;水泥固化土的干、湿循环耐久性要略优于石灰固化土;加入 8 000 mg/kg的铅可略增大土体的抗干、湿循环耐久性。水泥和石灰固化/稳定化重金属污染土时,土体中含水率是保证加固效果的关键参数之一。土体中含水率应能满足固化剂充分水化、水解、火山灰和碳酸化反应之需要。     

城市河道淤泥特性及改良试验初探

以南京内秦淮河疏浚淤泥为例,通过土工试验、XRD和X射线荧光光谱试验等方法,研究了城市河道淤泥的物理性质、矿物成分、化学成分等特性。试验结果显示:秦淮河淤泥粘粒含量低、有机质含量极高,矿物成分主要有石英和少量粘土矿物等。为了实现淤泥的资源化处理,运用水泥、石灰无机固化材料对淤泥进行固化改良试验及改性土无侧限抗压强度试验,结果表明随着水泥掺量增加,水泥固化土由塑性破坏向脆性破坏过渡,破坏应变在1.8%~2.2%,而石灰固化土均表现为脆性破坏,且破坏应变小于水泥土,为1%左右。水泥固化土28d强度为670kPa,固化效果优于石灰,但略低于处理一般软土的固化土强度。研究结果对处置城市河道淤泥有一定参考价值。     

冻融作用下水泥及石灰改良土静力特性研究

为扩大季节冻土区高速铁路路基填料的使用范围,对不同冻融次数、冷却温度和围压下水泥及石灰改良土的应力-应变关系、静强度参数和破坏图像进行了研究。试验结果表明,水泥土的应力-应变关系为加工软化型,冻融作用下石灰土的应力-应变关系为加工硬化型;水泥土以脆性破坏为主,而石灰土的破坏形式为塑性破坏;围压对改良土应力-应变关系曲线形式影响不明显,随着围压的增加,改良土的峰值强度增大;改良土的黏聚力随冻融次数的增加而逐渐减小,而内摩擦角与冻融次数的关系无规律可循;冷却温度对改良土黏聚力的影响不明显;反复冻融作用下水泥土的改良效果要优于石灰土。     

水泥固化/稳定锌污染土的强度和变形特性试验研究

在不同水泥掺量不同和龄期条件下对不同Zn2+浓度的水泥固化/稳定重金属污染土(CHMS)进行了无侧限抗压强度试验。分析了CHMS的应力-应变关系和强度发展随Zn2+浓度的变化特性;采用参数（qu/qu,Zn0）对CHMS的无侧限抗压强度随龄期发展规律进行了评价;讨论了Zn2+浓度对破坏应变和变形模量的影响。结果表明,锌离子浓度对CHMS的无侧限抗压强度、破坏应变和变形模量的影响均存在“临界浓度”（0.05%）。低于“临界浓度”时,锌离子对CHMS的强度和变形发展影响不明显;高于“临界浓度”时,CHMS的强度和变形发展规律受锌离子浓度影响显著